精設原創(chuàng)試題情境 高效復習伴性遺傳

安徽 凌春光 徐金鵬

(作者單位：安徽省濉溪中學)

伴性遺傳是《遺傳與進化》中的重要知識點，也是歷年生物學高考的難點和熱點。此部分內(nèi)容可聯(lián)系的知識點多，能全面考查學生的理解能力、實驗與探究能力、獲取信息的能力和綜合運用能力，并能檢測學生科學思維和科學探究等學科核心素養(yǎng)。教學中筆者以果蠅的兩個雜交實驗為情境，創(chuàng)設了一道關于伴性遺傳的綜合試題，以期引導學生高效復習伴性遺傳。

【例題】果蠅有多對相對性狀，紅眼和杏紅眼由等位基因B/b控制；長翅和小翅由等位基因D/d控制。某生物興趣小組做了如下兩個實驗。

實驗1：紅眼雌蠅和紅眼雄蠅雜交。子代中紅眼∶杏紅眼=3∶1。

實驗2：長翅雌蠅與小翅雄蠅雜交，子代中長翅雌蠅∶小翅雌蠅∶長翅雄蠅∶小翅雄蠅=1∶1∶1∶1。

(1)根據(jù)實驗1不能判斷果蠅等位基因B/b位于常染色體上還是X染色體上。繼續(xù)分析上述子代果蠅眼色和性別的關系可判斷B/b的位置。當________可判斷B/b位于常染色體上；當________可判斷B/b位于X染色體上。

(2)根據(jù)實驗2不能判斷果蠅長翅和小翅的顯隱性及等位基因D/d位于常染色體上還是X染色體上。若利用實驗2子代雌雄果蠅為材料繼續(xù)設計一代實驗判斷上述兩個問題，則實驗思路為________。

①當實驗結果為________，可判斷長翅為顯性且D/d位于常染色體上。

②當實驗結果為________，可判斷小翅為顯性且D/d位于常染色體上。

③當實驗結果為________，可判斷長翅為顯性且D/d位于X染色體上。

④當實驗結果為________，可判斷小翅為顯性且D/d位于X染色體上。

(3)若已知果蠅長翅為顯性且D/d位于X染色體上。現(xiàn)以上述實驗2的子代雌雄果蠅為材料，繼續(xù)設計兩個實驗分別獨立證明本小題中結論，請寫出兩個實驗的遺傳圖解。

(4)若已知果蠅紅眼為顯性且基因B/b位于X染色體上?，F(xiàn)有自然繁殖果蠅大種群，若雄蠅中杏紅眼基因頻率為P，在不考慮突變情況下，則理論上雌蠅中杏紅眼基因頻率為________；理論上雌蠅中紅眼雜合子所占比例為________。

(5)果蠅中XXY個體為雌蠅。若已知果蠅紅眼對杏紅眼為顯性且基因B/b位于X染色體上。杏紅眼雌蠅與紅眼雄蠅雜交，某次實驗子代出現(xiàn)一只杏紅眼雌蠅，若此果蠅性染色體組成為XX，此杏紅眼雌蠅出現(xiàn)的原因可能為________；若此果蠅性染色體組成為XXY，從減數(shù)分裂角度分析，其產(chǎn)生機理為________。

一、比較常染色體遺傳、X染色體遺傳，歸納性狀關聯(lián)性別的形式

《中國高考評價體系》“一核”中提到“引導教學”的功能，自然課堂教學需與《中國高考評價體系》要求相契合。高考要求學生能比較、分析和總結出常染色體遺傳和伴X染色體遺傳的異同點，并能歸納出伴性遺傳的規(guī)律及特點。以一對等位基因為例，其位于常染色體上或X染色體上，雌雄個體雜交組合均有6種交配方式(不考慮正反交)。比較可知，常染色體遺傳涉及的6種交配組合子代中不會出現(xiàn)性狀關聯(lián)性別現(xiàn)象，而伴X染色體遺傳涉及的6種交配組合中有些交配組合體現(xiàn)出子代性狀與性別關聯(lián)，有些交配組合不能體現(xiàn)出子代性狀與性別關聯(lián)。

科學思維要求學生能用比較和分析等方法研究生物學事實和現(xiàn)象，進而認識生物學本質(zhì)特點。性狀與性別關聯(lián)是伴性遺傳區(qū)別于常染色體遺傳的重要特征，何為“性狀關聯(lián)性別”，這需要教師引導學生歸納總結伴性遺傳中性狀關聯(lián)性別的兩種形式，一是不同性別中性狀分離比，二是某一性狀中的性別比例。學生理解并能分析性狀關聯(lián)性別的形式后，才能判斷和甄別遺傳模糊比例中隱含的基因位置。

試題中實驗1創(chuàng)設自交出現(xiàn)比例為3∶1的模糊情境，只給出性狀分離比而不提供雌雄子代的具體情況，引導學生進一步分析子代性別與性狀的關系而得出結論。結合表1雜交組合一和表2雜交組合二的遺傳情況，學生進一步分析子代性狀與性別的關系以判斷基因所在染色體。從不同性別分析性狀分離比，子代雌雄果蠅性狀分離比均為3∶1，應是常染色體遺傳；子代雌性只有顯性性狀，而雄性中性狀分離比為1∶1，應是X染色體遺傳。從某一性狀中的性別比例角度分析，子代隱性性狀中雌雄比例為1∶1，應是常染色體遺傳；而隱性性狀中只有雄性而無雌性，應是伴X染色體遺傳，當然這種情況下也可分析顯性性狀中性別比例，此種方式也能達到要求。

表1

表2

二、同時判斷顯隱性狀和基因位置，巧設一代雜交實驗解決問題

《中國高考評價體系》“四層”中的“關鍵能力”和“四翼”中的“綜合性”都對學生在復雜情境下綜合運用知識解決實際問題提出了具體要求，這也是使選拔性考試具有區(qū)分度的重要措施。為訓練學生在新穎且復雜背景下同時判斷顯隱性狀和基因的染色體位置，筆者設計了試題中第(2)小題，讓學生在所提供的條件下設計“一代雜交實驗”完成實驗要求，同時讓學生比較“一次雜交實驗”和“一代雜交實驗”的應用區(qū)別。根據(jù)實驗情境“長翅雌蠅與小翅雄蠅雜交，子代中長翅雌蠅∶小翅雌蠅∶長翅雄蠅∶小翅雄蠅=1∶1∶1∶1”，學生能推斷出親本雜交組合為測交，這里引導學生采用逆向思維的科學思維方式，即先確定某一翅形為顯性且控制基因位于某種染色體上，即可推導出親本雜交組合為“Dd×dd”時產(chǎn)生子代果蠅的基因型為“Dd和dd”；親本組合為“XDXd×XdY”時產(chǎn)生子代果蠅的基因型為“XDXd、XdXd、XDY和XdY”。依據(jù)利用子代果蠅為材料通過一代雜交實驗完成實驗目的的背景，可以引導學生利用子代同性狀雌雄果蠅分別交配，即子代長翅雌蠅與長翅雄蠅雜交、小翅雌蠅與小翅雄蠅雜交，根據(jù)兩組實驗產(chǎn)生的后代中有無性狀分離及翅形與性別有無關聯(lián)可以判斷顯隱性狀和基因的位置。

這種實驗思路比較新穎，是生物學高考中未曾涉及的，可客觀檢測學生多種能力。學生結合兩組實驗結果進行分析后不難得出四種結果及結論分別為(1)長翅雌蠅與長翅雄蠅雜交，子代雌雄果蠅性狀比例為長翅∶小翅=3∶1；小翅雌蠅與小翅雄蠅雜交，子代雌雄果蠅均為小翅，表明長翅為顯性，且D/d位于常染色體上；(2)長翅雌蠅與長翅雄蠅雜交，子代雌雄果蠅均為長翅，小翅雌蠅與小翅雄蠅雜交，子代雌雄果蠅性狀比例為小翅∶長翅=3∶1，表明小翅為顯性，且D/d位于常染色體上；(3)長翅雌蠅與長翅雄蠅雜交子代中，雌蠅均為長翅，雄蠅中長翅∶小翅=1∶1，小翅雌蠅與小翅雄蠅雜交子代雌雄果蠅均為小翅，表明長翅為顯性，且D/d位于X染色體上;(4)長翅雌蠅與長翅雄蠅雜交子代中，雌雄果蠅均為長翅，小翅雌蠅與小翅雄蠅雜交子代中，雌蠅均為小翅，雄蠅為小翅∶長翅=1∶1，表明小翅為顯性，且D/d位于X染色體上。

三、熟悉證明伴性遺傳的兩個實驗，規(guī)范書寫遺傳圖解

“應用性”是《中國高考評價體系》“四翼”中對學科知識的考查形式，也是檢測學生學以致用的較高標準。理解伴性遺傳的內(nèi)涵并能在真實情境下利用遺傳圖解對其進行驗證，這要求學生能根據(jù)實驗目的選擇材料、設計實驗方案、預測實驗結果、得出科學結論，這對于發(fā)展學生科學思維和科學探究等學科核心素養(yǎng)提出了具體要求。

試題中第(3)小題要求以實驗2子代為實驗材料，實驗目的為“證明長翅為顯性且D/d位于X染色體上”，引導學生分析親本中長翅雌蠅基因型和小翅雄蠅基因型，并推出子代長翅雌雄果蠅和小翅雌雄果蠅的具體基因型。要求設計兩組實驗獨立證明“長翅為顯性且D/d位于X染色體上”，這要求學生設計的實驗組合不僅要體現(xiàn)出伴性遺傳的特征，而且實驗結果對應的假設要具有唯一性和排他性。試題情境給出的子代中具有基因型為XDY的雄性個體與基因型為XDXd和XdXd的雌性個體，結合伴性遺傳中兩個能讓子代出現(xiàn)性狀關聯(lián)性別的雜交組合“同隱異顯(性染色體相同的XX為隱性而性染色體不同的XY為顯性)”和“同雜異顯(性染色體相同的XX為雜合子而性染色體不同的XY為顯性)”的特點，不難得出實驗方案。

第(3)小題要求學生書寫遺傳圖解，考查遺傳圖解能綜合反映學生對實驗方案、步驟、過程、概念和符號等規(guī)范答題情況，這對于全面評價學生必備知識和關鍵能力很有必要。本小題具體實驗過程如下圖所示。

四、比較群體基因頻率和基因型頻率關系，熟練運用配子棋盤法

生物學概念需要由事實和證據(jù)構建，學生更易理解和運用經(jīng)過自身分析和思考后形成的概念或規(guī)律。為讓學生進一步理解群體中基因頻率和基因型頻率的關系，第(4)小題通過創(chuàng)設“自然繁殖果蠅大種群，雄蠅中杏紅眼基因頻率為P”的情境，讓學生分析出雄蠅中紅眼基因頻率為(1-P)；因雄蠅中X染色體由親本雌蠅產(chǎn)生的卵細胞遺傳，進而學生得出“親本雌蠅中杏紅眼基因頻率為P，紅眼基因頻率為(1-P)”的推論。計算群體雌蠅中紅眼雜合子所占比例時再讓學生運用配子棋盤法完成(計算過程如表3)，其結果不言而喻。學生在解決實際問題時，也熟悉了解決問題的方法與途徑，這對于復習知識、鞏固方法和提升能力都大有裨益。

表3

五、聯(lián)系異常減數(shù)分裂過程，分析生物變異的形成機理

減數(shù)分裂是遺傳規(guī)律發(fā)生的細胞學基礎，聯(lián)系異常減數(shù)分裂考查伴性遺傳可讓學生從多角度認識生命現(xiàn)象的復雜性和多樣性，科學感悟生物學中結構和功能的依附關系。試題第(5)小題創(chuàng)設杏紅眼雌蠅與紅眼雄蠅雜交子代出現(xiàn)一只杏紅眼雌蠅的“例外”情境，引發(fā)學生產(chǎn)生認知沖突，進而迸發(fā)出求知探真的強烈愿望。結合試題中給出的“若此果蠅性染色體組成為XX”和“若此果蠅性染色體組成為XXY”的條件，讓學生推理出性染色體組成為XX的杏紅眼雌蠅的產(chǎn)生與親本紅眼雄蠅產(chǎn)生精子時發(fā)生基因突變或染色體片段缺失(缺失片段包括XB)有關；而性染色體組成為XXY的杏紅眼雌蠅的產(chǎn)生與親本杏紅眼雌蠅減數(shù)分裂中X染色體未正常分離產(chǎn)生含XbXb的卵細胞有關。運用所學生物學原理參與分析和討論復雜的生命現(xiàn)象，這過程本身就是具有理性和邏輯性的，學生參與其中會感到欣喜和愉悅。

遺傳過程中產(chǎn)生變異，變異后可繼續(xù)遺傳，創(chuàng)設伴性遺傳中的變異情境可提高學生在復雜情境下對遺傳規(guī)律的辯證認識和批判性思維，同時對于形成結構與功能觀、進化與適應觀等生命觀念也非常重要。